高海拔高寒隧道復雜地質段施工技術

趙士學（中鐵十局集團西北工程有限公司，陜西　西安　710065）

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高海拔高寒隧道復雜地質段施工技術

趙士學
（中鐵十局集團西北工程有限公司，陜西西安710065）

摘要：結合青海長拉山隧道地處高海拔高寒的實際情況，對隧道復雜地質段涌水封堵施工方法進行了介紹，歸納總結了其施工要點，從而保證了隧道施工安全、進度和質量，為今后類似工程施工提供了參考借鑒。

關鍵詞：隧道，涌水量，掌子面，施工方案

長拉山隧道是目前世界上海拔最高的公路隧道，全長2 400 m，洞口海拔高程4 498 m，是青海省省道309線多拉麻科至雜多段公路的關鍵控制性工程。該隧道地處青南高原，是典型的高原嚴寒隧道，地質情況復雜，受涌水、斷裂帶、圍巖破碎等因素影響，施工難度遠遠超出預期。

作為目前國內公路海拔最高的隧道，該隧道施工中存在著軟弱圍巖大變形、突水涌水、圍巖失穩等風險，屬高風險隧道。當地施工氣候環境惡劣、高寒缺氧、空氣稀薄，冬季空氣氧含量為內地的40%，四季飄雪，冬季施工期長達9個月。項目所在地物資和機械匱乏，后勤保障困難，機電設備功率下降約50%。施工人員經常出現嚴重高原反應，施工非常困難。特別是長拉山隧道K80 + 970～K81 +052復雜地質段，此段隧道處于高海拔、凍融地區、軟弱巖層破碎集聚區，斷裂帶明顯，破碎帶寬度較大，巖石巖溶、節理較為發育。從現場地貌來分析，隧道軸線位于溝谷的邊側，為四道山脊的匯集處，容易聚集地表水和地下水后形成良好的儲水帶。2012年7月20日，隧道K80 +970～K81 +052段正位因季節消融，冰雪融水，地表水和構造裂隙水下滲，該段隧道在施工過程中發生了涌（突）水。實測該段日均涌水量11 520 m3/d，突涌涌水量17 000 m3/d，遠大于隧道設計最大涌水量（雨季）1 434 m3/d，對隧道施工造成較大影響。

該段隧道發生涌（突）水后，施工單位先后邀請了多位隧道專家親自到現場指導施工。通過現場實地查看和設計圖研判，根據地勘資料推測和專家論證，專家一致認為：長拉山隧道隧址區地處三江源地區，地表水補給豐富，加之隧道圍巖處于中風化灰巖與中風化板巖的交接地帶，屬于典型的匯水地質構造類型，對隧道該段涌（突）水處理：本著“以堵為主、堵排結合、穩扎穩打、確保安全”的處理原則，采取主要措施如下：

1）截斷地表水補給，主要是做好地表勘察，將有可能對洞內涌（突）水進行補給的地表河流，在進行疏通的基礎上，在河流底部鋪設防水板，隔絕地表水補給。

2）洞內掌子面同步引水。洞內施作φ15 cm超前引水孔，長度30 m，將掌子面前方匯水提前引出。在掌子面左側，沿隧道前進方向，與隧道軸線成45°方向，水平施作φ12 cm引水管，單根引水管長度10 m，將水提前從隧道輪廓線外引出，減少輪廓線以內的涌水量，引水管每5 m施作一排，采用φ160 mm HDPE波紋管引流至橫向排水管排入中心管溝排出洞外，其布設間距可根據實際情況調整。調整K80 +982～K81 +022段φ160 mm HDPE橫向排水波紋管設置，設置間距調整為3 m一道，保障排水順暢，杜絕二次襯砌背后積水。

3）對初期支護進行加固等處理措施。因涌水量較大，為防止初期支護背后水壓過大水流沖刷噴混凝土支護，對支護的穩定性造成較大影響導致初支變形，為保障安全，需對已完支護進行加固處理后繼續開挖。在洞身兩側布設φ12 cm引水鋼花管，使初支背后不積水，保證支護穩定。

4）對隧道圍巖破碎、洞內沉降、型鋼變形較大等技術問題，采取綜合措施解決。加強涌水段支護參數，將Ⅳ級深埋支護格柵拱架調整為Ⅰ20a工字鋼，系統錨桿調整為3.0 m長φ42 mm注漿鋼花管錨桿，按照100 cm×100 cm梅花形布設，安裝完成后，及時注漿，對周邊圍巖進行封閉堵水，其他支護參數不變，保證支護的穩定。

5）加強超前支護，采用單排φ42 mm注漿鋼花管進行預加固，鋼花管長度3.5 m，每2 m施作1排，一方面保證圍巖穩定，另一方面對掌子面滲漏水提前封堵，以便于開挖支護施工。每榀拱架增設4根3.5 m長φ42 mm注漿鋼花管鎖腳錨桿，減少拱架水平變形。

6）對K80 +982～K81 + 022涌水嚴重地段，進行注漿封堵。注漿采用1∶1水泥—水玻璃雙漿液注漿。施工中嚴格控制注漿質量，嚴格控制開挖循環進尺，做好隧道監控量測作業，杜絕安全事故發生。

經驗與教訓。在此段復雜地質段隧道施工過程中，施工投入了大量生產資源，特別是隧道K81 + 022～K81 + 052段圍巖整體性極差，屬灰巖與板巖交接地段，巖體多為中風化灰巖，局部夾雜砂巖、板巖，夾泥現象極為嚴重，巖體破碎，巖層走向變化頻繁。雖然隧道施工嚴格按照施工方案進行，及時調整支護參數，嚴格控制開挖循環進尺，但施工時局部坍塌掉塊現象較為嚴重，再有涌水沖刷作用，給隧道施工帶來了極大困難。特別是支護噴射混凝土過程中，作業環境極為惡劣，溫度較低。洞身開挖面到處出水，水流對噴混凝土料有沖刷，噴混凝土料還未凝結就發生掉落，使噴射混凝土支護時間大大延長，噴射混凝土損失浪費也極為嚴重。隧道仰拱、中心管溝施工，因出水量極大，開挖坑槽成型后內部積滿水，僅靠抽水機直接抽水不能滿足施工要求，需在仰拱施工段落前面進行封堵，并設置多個集水坑，提前引排水，方可達到施工排水要求。K80 + 970～K81 + 052整個復雜地質段，施工時間長達6個多月，隧道施工進度緩慢。但經過專家指導，施工人員和技術人員共同努力，克服了多種困難，最終使該隧道復雜地質段施工順利完成。

通過該隧道施工表明，隧道施工前必須認真做好超前地質預報。綜合應用地質雷達、遠紅外線探水等物化預報方法，從不同方面發現異常、揭示異常。最直觀、最準確的預報方式超前水平鉆孔應在隧道全長采用。綜合組成地質超前預報完整的技術體系，并堅持將超前地質預報合理納入工序進行組織管理。高海拔高寒隧道施工因施工環境惡劣，施工困難因素較多，必須有可靠的超前地質預報資料，依據地質情況，針對涌水、斷裂帶、圍巖破碎等因素，提前制定措施和應急方案，必要時提前施作，才能保證隧道施工安全、質量和進度。

On construction technique at complicated geological sections at tunnels in cold regions with high altitude

Zhao Shixue
（China Railway Tenth Group Northwest Engineering Co.，Ltd，Xi’an 710065，China）

Abstract：Combining with high-altitude Changlashan Tunnel in cold regions of Qinghai Province，the paper introduces the construction methods for the water plugging at the complicated sections of the tunnel，and sums up its construction points，so as to ensure the construction safety，progress and quality of the tunnel construction and provide some reference for similar projects.

Key words：tunnel，water plugging，tunnel face，construction scheme

中圖分類號：U455

文獻標識碼：A

文章編號：1009-6825（2016）06-0173-02

收稿日期：2015-12-17

作者簡介：趙士學（1972-），男，工程師